(57)【要約】【課題】  光周波数安定化装置において抽出が容易な低周波数のモニタ信号を生成する。【解決手段】  フォトダイオード１及び２からそれぞれ周波数ｆ１及びｆ２のモニタ光が位相変調器３に入力される。位相変調器３は発振器４から入力される周波数ｆｍの信号を用いて、ｆ１、ｆ２を中心に周波数ｆｍの間隔でサイドバンドを発生し、これらを合波して光フィルタ５に入力する。光フィルタ５は周波数成分のうちｆ１のサイドバンドとｆ２のサイドバンドをそれぞれ１つづつ含む周波数帯域を透過させ、フォトダイオード６においてこれらの差周波成分として周波数Δｆの電気信号を出力する。これをモニタ信号として位相比較器８において基準信号との位相差を反映した信号を出力し、これを入力としてローパスフィルタ１０から出力される制御信号によりフォトダイオード２が出力する光波の周波数を制御する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の光波を出力する第１の光源と、
前記第１の光波と周波数が互いに異なる第２の光波を出力する第２の光源と、
サイドバンド発生用の周波数の信号を出力する発振器と、
前記第１及び第２の光波のうち少なくとも一方を入力し、入力された光波の周波数を中心として前記発振器の出力信号を用いて位相変調によりサイドバンドを生成して出力するサイドバンド発生手段と、
前記サイドバンド発生手段の出力信号を入力し電気信号に変換して出力する光電気変換手段と、
基準信号を出力する基準信号発生手段と、
前記光電気変換手段が出力する電気信号と前記基準信号を入力し、前記電気信号と前記基準信号の位相差を反映した制御信号を生成して出力する制御信号生成手段と、
前記制御信号を入力し、前記第１又は第２の光源が出力する光波の周波数を制御する制御手段と、
を具備することを特徴とする光周波数安定化装置。
【請求項２】
第１の光波を出力する第１の光源と、
前記第１の光波と周波数が互いに異なる第２の光波を出力する第２の光源と、
サイドバンド発生用の周波数の信号を出力する発振器と、
前記第１及び第２の光波のそれぞれの周波数を中心として前記発振器の出力信号を用いてサイドバンドを発生するサイドバンド発生手段と、
前記サイドバンド発生手段の出力信号を入力し電気信号に変換して出力する光電気変換手段と、
基準信号を出力する基準信号発生手段と、
前記光電気変換手段が出力する電気信号と前記基準信号を入力し、前記電気信号と前記基準信号の位相差を反映した制御信号を生成して出力する制御信号生成手段と、
前記制御信号を入力し、前記第１又は第２の光源が出力する光波の周波数を制御する制御手段と、
を具備することを特徴とする光周波数安定化装置。
【請求項３】
前記サイドバンド発生手段は位相変調器であり、前記位相変調器は、前記第１及び第２の光波のそれぞれの周波数を中心としてサイドバンドを発生することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光周波数安定化装置。
【請求項４】
前記位相変調器の出力信号からモニタ信号として用いる周波数帯域のみを透過させ前記光電気変換手段へ出力する光フィルタをさらに具備する
ことを特徴とする請求項３に記載の光周波数安定化装置。
【請求項５】
前記発振器は、第１のサイドバンド発生用の周波数の信号を出力する第１の発振器と第２のサイドバンド発生用の周波数の信号を出力する第２の発振器からなり、
前記位相変調器は、前記第１の光波の周波数を中心として前記第１の発振器の出力信号を用いてサイドバンドを発生するとともに、前記第２の光波の周波数を中心として前記第２の発振器の出力信号を用いてサイドバンドを発生する
ことを特徴とする請求項３に記載の光周波数安定化装置。
【請求項６】
前記サイドバンド発生手段は、前記第１の光波の周波数を中心として強度変調によりサイドバンドを発生する第１のコムジェネレータと、前記第２の光波の周波数を中心として強度変調によりサイドバンドを発生する第２のコムジェネレータとからなる
ことを特徴とする請求項２に記載の光周波数安定化装置。
【請求項７】
前記発振器から出力され前記第１及び第２のコムジェネレータへ入力される信号のいずれか一方を入力し、入力された信号の位相をπの奇数倍ずらして出力する位相調整手段をさらに具備する
ことを特徴とする請求項６に記載の光周波数安定化装置。
【請求項８】
前記第１及び第２のコムジェネレータが出力する信号のいずれか一方を入力し、入力された信号の位相をπの奇数倍ずらして出力する位相調整手段をさらに具備する
ことを特徴とする請求項６に記載の光周波数安定化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２光波のヘテロダイン検波による信号生成において用いられ、２光波の周波数間隔を安定化させる光周波数安定化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、無線システムにおいては数ＭＨｚ（メガヘルツ）から数ＧＨｚ（ギガヘルツ）の周波数が用いられているが、エレクトロニクス技術の進展とともにミリ波帯（３０〜３００ＧＨｚ）以上の高い周波数を用いた無線システムの要請がある。このような高周波数信号の発振器を実現するには応答速度による制約から電気回路だけでは困難であるが、２００ＴＨｚ（テラヘルツ）前後の周波数を有する光領域の技術を利用することにより、サブミリ波帯（３００ＧＨｚ〜３ＴＨｚ）からテラヘルツ帯（１ＴＨｚ帯）の高周波数信号を生成することが可能である。
【０００３】
この光領域の技術を利用した信号生成技術として、２光波のヘテロダイン検波による信号生成法がある。これは２光波の周波数差から信号を生成するものであるが、光源として用いられるレーザダイオードはバイアス電圧、半導体素子の温度等によって出力周波数が変動するため、２光波の周波数間隔の安定化処理が必須となる。図７は、従来の光周波数安定化装置の構成を示すブロック図である。
レーザダイオード１、レーザダイオード２は、それぞれ周波数ｆ１、ｆ２の光波を出力する光源である。ここで、ｆ１、ｆ２は互いに異なり周波数差を有する。また、レーザダイオード２は、バイアス電圧、素子温度等を制御する図示しない制御回路を有する。この制御回路には、後述するように、ｆ１及びｆ２の周波数変動を反映した直流電圧が入力される。
レーザダイオード１、レーザダイオード２から出力された光波は、それぞれ導波路のＡ点及びＢ点で分岐される。それぞれの分岐した一方はＣ点で合波され、不図示の無線システム等に入力され高周波数信号の生成に用いられる。分岐した他方は、以下で説明する周波数間隔の安定化処理のためのモニタ光として用いられる。
【０００４】
レーザダイオード１から出力されＡ点で分岐されたモニタ光は、コムジェネレータ１１に入力される。また、発振器４は、電気回路によりサイドバンド発生用の周波数ｆｍの信号を発生し、コムジェネレータ１１に出力する。一般に、レーザダイオードから出力された光波の周波数にはゆらぎが発生するのに対し、電気回路により発生された信号の周波数は光波の周波数よりも低いが安定しているため基準信号として用いられる。
コムジェネレータ１１は発振器４から入力されたサイドバンド発生用の周波数ｆｍの信号を用いて、モニタ光の周波数ｆ１を中心として周波数ｆｍの間隔でサイドバンドを発生させる。サイドバンドの数、電力等は用いられるコムジェネレータの構成、性能等により異なる。コムジェネレータ１１の出力と、レーザダイオード２から出力されＢ点で分岐したモニタ光はＥ点で合波され、フォトダイオード６に入力される。
【０００５】
フォトダイオード６は光信号を電気信号に変換する。このとき光信号の差周波成分、すなわち光信号に含まれる周波数成分どうしの差分が、電気信号の周波数成分として出力される。出力された電気信号はローパスフィルタ７に入力され、所定値以下の周波数成分のみモニタ信号として位相比較器（Ｐｈａｓｅ  Ｄｅｔｅｃｔｏｒ、フェーズデテクタ）８に出力される。また、基準信号発生器９は電気回路により基準信号を発生し、位相比較器８に出力する。
位相比較器８は、ローパスフィルタ７が出力するモニタ信号と基準信号発生器９が出力する基準信号とをミキシングし、これらの位相を比較する。位相比較器８の出力信号は、モニタ信号と基準信号の位相差を信号電力に反映した信号となる。
この信号は、例えば次のように生成される。位相比較器８の入力部にリミッターを設けてモニタ信号と基準信号をパルス化する。パルス化された２信号が同時に“１”の符号である場合の出力を“１”、それ以外の場合の出力を“０”とする。このとき、位相比較器８に入力された２信号の位相差が大きい場合と小さい場合では、それぞれ、符号“１”となる時間の少ない信号、又は、符号“１”となる時間の多い信号が位相比較器８から出力される。レーザダイオード２の周波数ｆ２を制御するためには、レーザダイオード２へ直流の制御信号を入力する必要がある。そこで、位相比較器８の出力信号をローパスフィルタ１０を通して平滑化すると、符号“１”となる時間に比例した直流電圧を得ることができる。この直流電圧をレーザダイオード２の制御回路に入力することにより、レーザダイオード１とレーザダイオード２が出力する光波の周波数間隔が安定化される。
【０００６】
次に、上述した従来の光周波数安定化装置の動作を説明する。レーザダイオード１、レーザダイオード２は、それぞれ周波数ｆ１、ｆ２の光波を出力する。ここでｆ１＞ｆ２とする。
このときＡ点で分岐したモニタ光を入力としてコムジェネレータ１１においてサイドバンドを発生させた光信号と、Ｂ点で分岐したモニタ光とをＥ点で合波させた光信号は図８に示すような周波数成分からなる。図８はフォトダイオード６の入力信号であるＦ点の信号を示す。図８のグラフの横軸はＦ点における光信号の周波数成分を表し、縦軸は周波数成分毎の電力を表す。グラフの周波数成分は、周波数ｆ１とその両側に周波数ｆｍの間隔で発生したサイドバンド及び周波数ｆ２からなる。
これらのうち周波数ｆ２に近いいずれかのサイドバンドを選択し、ｆ２の周波数と選択したサイドバンドの周波数の差分をモニタ信号として用いる。ここではｆ２に最も近いサイドバンドを選択し、この周波数とｆ２の周波数の差分をΔｆで表す。Δｆの周波数を低くすると回路が低コストで実現できる等の理由により、できるだけｆ２に近いサイドバンドを用いることが望ましい。
【０００７】
図８に示すような周波数成分を有する光信号がフォトダイオード６に入力されると差周波成分が出力され、図９に示すような周波数成分からなる電気信号が出力される。図９はフォトダイオード６の出力信号であるＧ点の信号を示す。図９のグラフの横軸はＧ点における電気信号の周波数成分を表し、縦軸は周波数成分毎の電力を表す。グラフは、高い周波数成分からなる光信号から、その周波数成分どうしの差分に相当する低い周波数の電気信号が得られたことを示す。なお、ｆ１、ｆ２、ｆｍの値によってΔｆとｆｍの大小関係は逆になることもある。
【０００８】
図９に示すような電気信号がローパスフィルタ７に入力されると、周波数Δｆが含まれるように予め定められた値以下の周波数成分のみが出力される。ここで取り出された周波数Δｆのモニタ信号と基準信号発生器９が出力する基準信号が位相比較器８においてミキシングされ、これらの信号の位相差を比較してレーザダイオード２が出力する光波の周波数を制御する直流的制御信号がレーザダイオード２へ出力される。通常、基準信号発生器９から出力される基準信号の周波数はΔｆに設定される。このようにして、レーザダイオード１とレーザダイオード２が出力する光波の周波数間隔が安定化される。
なお、従来技術として非特許文献１及び２が知られている。
【非特許文献１】U.Gliese, T.N.Nielsen, M.Bruun, E.Lintz Christensen, K.E.Stubkjaer, S.Lindgren, and B.Brobcrg「A Wideband Heterodyne Optical Phase-Locked Loop for Generation of 3-18GHz Microwave Carriers」（米国）IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS, VOL. 4, No.8, AUGUST 1992, p.936−938
【非特許文献２】山本貴司、川西悟基  著、「位相変調器を用いた低雑音光周波数コムの発生」、TECHNICAL REPORT OF IEICE, MWP03-4, 2003.10, p.21-24
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記の技術によれば、図９に示す周波数成分のうち、モニタ信号として用いることができるのは周波数Δｆのみであるが、ｆｍの整数倍の周波数成分も含まれている。このΔｆの電力はｆｍのピーク値より小さいため識別・抽出が困難となる。また、Δｆとｆｍが近傍に生成された場合、あるいは、図８においてｆ１とｆ２の周波数差が大きいためにコムジェネレータ１１が発生する高次成分、すなわちｆ１を中心としてｆｍの間隔で生成される複数のサイドバンドのうちｆ１からより遠く離れた成分、を用いると高次サイドバンドの生成効率劣化によって減衰が大きい場合等、Δｆの電力も小さくなるためモニタ信号の識別・抽出を困難にし、検出誤りを引き起こす恐れがあった。又、高次サイドバンドの減衰によりｆ１と近傍のサイドバンドの間隔が十分に近くできない場合、Δｆは高い周波数となってしまうため、高周波数向けの高価なＯ／Ｅ（光電気変換器）や基準信号源が必要となり、システムをコストアップさせてしまう。
本発明は、上記の事情を考慮してなされたものであり、その目的は、抽出が容易な低周波数のモニタ信号を生成することができる光周波数安定化装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は上記の課題を解決するためになされたもので、本発明は、第１の光波を出力する第１の光源と、前記第１の光波と周波数が互いに異なる第２の光波を出力する第２の光源と、サイドバンド発生用の周波数の信号を出力する発振器と、前記第１及び第２の光波のうち少なくとも一方を入力し、入力された光波の周波数を中心として前記発振器の出力信号を用いて位相変調によりサイドバンドを生成して出力するサイドバンド発生手段と、前記サイドバンド発生手段の出力信号を入力し電気信号に変換して出力する光電気変換手段と、基準信号を出力する基準信号発生手段と、前記光電気変換手段が出力する電気信号と前記基準信号を入力し、前記電気信号と前記基準信号の位相差を反映した制御信号を生成して出力する制御信号生成手段と、前記制御信号を入力し、前記第１又は第２の光源が出力する光波の周波数を制御する制御手段と、を具備することを特徴とする光周波数安定化装置である。これにより、位相変調器に入力した光波の周波数とそのサイドバンドからなる周波数成分どうしの差周波成分を周波数とする電気信号が生成されないため、モニタ信号の抽出が容易となる。
【００１１】
また、本発明は、第１の光波を出力する第１の光源と、前記第１の光波と周波数が互いに異なる第２の光波を出力する第２の光源と、サイドバンド発生用の周波数の信号を出力する発振器と、前記第１及び第２の光波のそれぞれの周波数を中心として前記発振器の出力信号を用いてサイドバンドを発生するサイドバンド発生手段と、前記サイドバンド発生手段の出力信号を入力し電気信号に変換して出力する光電気変換手段と、基準信号を出力する基準信号発生手段と、前記光電気変換手段が出力する電気信号と前記基準信号を入力し、前記電気信号と前記基準信号の位相差を反映した制御信号を生成して出力する制御信号生成手段と、前記制御信号を入力し、前記第１又は第２の光源が出力する光波の周波数を制御する制御手段と、を具備することを特徴とする光周波数安定化装置である。これにより、２つの光波の周波数差が大きい場合であっても、これらの周波数を中心として発生するサイドバンドのうち中心とする周波数から遠く離れ減衰が大きい成分を用いることなく、低周波数のモニタ信号を生成することができる。
【００１２】
上記の光周波数安定化装置は、好ましくは、前記サイドバンド発生手段は位相変調器であり、前記位相変調器は、前記第１及び第２の光波のそれぞれの周波数を中心としてサイドバンドを発生する。これにより、２つの光波の周波数差が大きい場合であっても、これらの周波数を中心として発生するサイドバンドのうち中心とする周波数から遠く離れ減衰が大きい成分を用いることなく、低周波数のモニタ信号を生成することができる。
【００１３】
上記の光周波数安定化装置は、好ましくは、前記位相変調器の出力信号からモニタ信号として用いる周波数帯域のみを透過させ前記光電気変換手段へ出力する光フィルタをさらに具備する。これにより、モニタ信号として用いる周波数成分を含む帯域のみを透過させ、この差周波成分のみを取り出すことができるため、モニタ信号の抽出が容易となる。
【００１４】
上記の光周波数安定化装置は、好ましくは、前記発振器は、第１のサイドバンド発生用の周波数の信号を出力する第１の発振器と第２のサイドバンド発生用の周波数の信号を出力する第２の発振器からなり、前記位相変調器は、前記第１の光波の周波数を中心として前記第１の発振器の出力信号を用いてサイドバンドを発生するとともに、前記第２の光波の周波数を中心として前記第２の発振器の出力信号を用いてサイドバンドを発生する。これにより、２つの光波のそれぞれの周波数を中心として発生するサイドバンドは、周波数成分が同じ間隔で隣り合う箇所が複数できることにはならず、隣り合う周波数成分の間隔が最小となる箇所は１つとなる。よって、モニタ信号の抽出が容易となる。
【００１５】
上記の光周波数安定化装置は、好ましくは、前記サイドバンド発生手段は、前記第１の光波の周波数を中心として強度変調によりサイドバンドを発生する第１のコムジェネレータと、前記第２の光波の周波数を中心として強度変調によりサイドバンドを発生する第２のコムジェネレータとからなる。
【００１６】
上記の光周波数安定化装置は、好ましくは、前記発振器から出力され前記第１及び第２のコムジェネレータへ入力される信号のいずれか一方を入力し、入力された信号の位相をπの奇数倍ずらして出力する位相調整手段をさらに具備する。これにより、２つの光波のそれぞれの周波数とそれらのサイドバンドからなる周波数成分どうしの差周波成分のうち、サイドバンド発生用の周波数の整数倍の成分がキャンセルされる。よって、モニタ信号の抽出が容易となる。
【００１７】
上記の光周波数安定化装置は、好ましくは、前記第１及び第２のコムジェネレータが出力する信号のいずれか一方を入力し、入力された信号の位相をπの奇数倍ずらして出力する位相調整手段をさらに具備する。これにより、２つの光波のそれぞれの周波数とそれらのサイドバンドからなる周波数成分どうしの差周波成分のうち、サイドバンド発生用の周波数の整数倍の成分がキャンセルされる。よって、モニタ信号の抽出が容易となる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、光周波数安定化装置において抽出が容易な低周波数のモニタ信号を生成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態について説明する。以下の実施例は本発明を限定するものではなく、また、実施例中で説明されている特徴のすべての組み合わせが発明の解決手段に必須のものとは限らない。
まず、図１を参照し、本発明の第１の実施形態について説明する。図１は本発明の第１の実施形態における光周波数安定化装置の構成を示すブロック図である。図１において、図７に示す構成部品と同じ構成部品には同じ番号を付す。図７を参照して説明した従来の光周波数安定化装置との違いは、Ａ点で分岐したモニタ光を入力するコムジェネレータ１１を設けず、Ａ点で分岐したモニタ光とＢ点で分岐したモニタ光を入力する位相変調器３と、その出力を入力する光フィルタ５を設け、また、図７におけるローパスフィルタ７を設けていない点である。ここで位相変調器３には発振器４で生成されたサイドバンド発生用の周波数ｆｍの信号が入力される。光フィルタ５は例えばＦＢＧ（Ｆｉｂｅｒ  Ｂｒａｇｇ  Ｇｒａｔｉｎｇ、ファイバブラッググレーティング）を用いる。このＦＢＧは特定の波長を回折させ、特定の波長を透過させる性質を持つ。
この構成を従来の構成と比較すると、ｆ１とｆ２の双方からサイドバンドを発生させるのでサイドバンド発生効率が向上し、かつ、これを位相変調器３において集約して行うことにより周波数ｆｍの信号源１つでｆ１とｆ２の同時変調を可能にしている。
【００２０】
上記の位相変調器３は、Ａ点で分岐したモニタ光とＢ点で分岐したモニタ光のそれぞれの周波数成分を位相変調し合波する。すると、ｆ１を中心とするサイドバンド、及び、ｆ２を中心とするサイドバンドが発生する。これは、光波にあるサイドバンド発生用の周波数で位相変調をかけると第１種のベッセル関数に従った大きさをもつサイドバンド（位相変調信号）が生成できることに基づく。また、位相変調器３において２つのモニタ光をそれぞれ位相変調した後これらを合波しているのは、１つの光波を位相変調して単純に電気信号に変換するだけでは強度成分としては出力されない性質を持つので、光を強度情報に直すために干渉系を用いて光を束ねる構成にして強度変調波を得るためである。
【００２１】
この位相変調器３の出力信号を光フィルタ５に入力し、この信号の周波数成分のうちｆ１のサイドバンドとｆ２のサイドバンドをそれぞれ１つづつを含む周波数帯域を透過させる。この透過帯域に含まれる周波数成分の差分をΔｆで表す。Δｆの周波数を低くすると電気信号処理をする回路が低コストで実現できる等の理由により、できるだけ周波数間隔の狭い２つのサイドバンドを選択することが望ましい。
光フィルタ５に位相変調器３の出力を入力する理由は、周波数ｆ１を中心とする間隔ｆｍのサイドバンドと周波数ｆ２を中心とする間隔ｆｍのサイドバンドを合波することにより、２つの周波数成分がΔｆと同じ間隔で隣り合う箇所が複数できるので、これらのうち１箇所のみ抜き出すためである。なお、既にモニタ信号として用いる周波数帯域のみ抽出されているので、従来の光周波数安定化装置において、設けられていたローパスフィルタ７は本装置に設けられていない。
この光フィルタ５の出力信号をフォトダイオード６で電気信号に変換する。その他の構成は従来の光周波数安定化装置と同様である。以上により、ｆ１とｆ２の周波数の間隔を大きく空けても高効率なＳ／Ｎ比を持つモニタ信号、すなわちサイドバンドの減衰の影響が少ないモニタ信号が得られる。
【００２２】
次に、上述した光周波数安定化装置の動作を説明する。レーザダイオード１、レーザダイオード２は、それぞれ周波数ｆ１、ｆ２の光波を出力する。ここでｆ１＞ｆ２とする。
このときＡ点で分岐されたモニタ光とＢ点で分岐されたモニタ光を入力とする位相変調器３の出力信号は図２に示すような周波数成分からなる。図２は位相変調器３の出力信号であるＤ点の信号を示す。図２のグラフの横軸はＤ点における光信号の周波数成分を表し、縦軸は周波数成分毎の電力を表す。グラフの周波数成分は、周波数ｆ１とそれを中心として周波数ｆｍの間隔で発生したサイドバンド、及び、周波数ｆ２とそれを中心として周波数ｆｍの間隔で発生したサイドバンドからなる。図２において、理解しやすいように、周波数ｆ１とこれに対するサイドバンドを実線で、周波数ｆ２とこれに対するサイドバンドを破線で示す。これはｆ１を基準として他の周波数に電力が拡散されたことを意味し、基準となるｆｍを変えることによって他の周波数への移行量を変えることもできる。
【００２３】
これらのうち周波数ｆ１を中心とするサイドバンドと周波数ｆ２を中心とするサイドバンドを１つづつ選択し、これらのみが含まれる周波数帯域を透過させる光フィルタ５に入力すると、選択した２つのサイドバンドのみ透過され、これをフォトダイオード６に入力して電気信号に変換すると、図３に示すようにこれらの差周波成分であるΔｆのみからなる電気信号が出力される。図３はフォトダイオード６の出力信号であるＧ点の信号を示す。図３のグラフの横軸はＧ点における電気信号の周波数成分を表し、縦軸は周波数成分の電力を表す。以下この信号をモニタ信号として、前述と同様にレーザダイオード１とレーザダイオード２が出力する光波の周波数間隔の安定化処理が行われる。光フィルタ５により出力を制限する周波数帯域は、透過するｆ１に対するサイドバンドとｆ２に対するサイドバンドの強度が可能な限り大きく、かつ、２つの強度の差が少ないことが、差周波成分を正確に検出するために好ましい。
【００２４】
本発明の第１の実施形態において、位相変調器３は、ｆ１、ｆ２の一方のみ位相変調することによってサイドバンドを発生し、他方は位相変調しない、すなわち、サイドバンドを発生させなくてもよい。この場合、サイドバンドを発生させないレーザダイオードの周波数の近傍に生成されたサイドバンドの大きさがフォトダイオード６による差周波成分の検出のために十分であれば、位相変調器３の回路構成をシンプルにすることができる。
なお、同一の周波数ｆｍを基準信号としてｆ１、ｆ２を中心とするサイドバンドを発生し合波する位相変調器３に代えて、それぞれ異なる周波数ｆｍ１、ｆｍ２の基準信号を用いた別々の位相変調器により、それぞれ周波数ｆ１を中心とする周波数間隔ｆｍ１のサイドバンドと周波数ｆ２を中心する周波数間隔ｆｍ２のサイドバンドを発生させ、それぞれの位相変調器の出力信号を合波する構成も可能である。この場合、上記と異なり２つの周波数成分がΔｆと同じ間隔で隣り合う箇所が複数できることにはならず、隣り合う周波数成分の間隔が最小となる箇所を１つにすることができる。この場合、モニタ信号として用いる２つの周波数のみを透過させる光フィルタ５を用いることが好ましいが、光フィルタ５を省略することも可能である。光フィルタ５を省略する際には、フォトダイオード６と位相比較器８との間にモニタ信号のみを抽出するフィルタを挿入することが好ましい。
なお、同一の周波数ｆｍを基準信号としてｆ１、ｆ２を中心とするサイドバンドを発生し合波する位相変調器３に代えて、２つの位相変調器を用いて、同一の周波数ｆｍを基準信号としてそれぞれｆ１、ｆ２を中心とするサイドバンドを発生し、これら２つの位相変調器の出力信号を合波する構成としてもよい。
【００２５】
次に本発明の第２の実施形態について説明する。図４はこの実施形態における光周波数安定化装置の構成を示すブロック図である。図４において、図７に示す構成部品と同じ構成部品には同じ番号を付す。図７を参照して説明した従来の光周波数安定化装置との違いは、Ｂ点とＥ点の間にＢ点で分岐したモニタ光を入力するコムジェネレータ１２を設け、このコムジェネレータ１２には発振器４の出力信号を位相調整器１３において位相調整した信号が入力されている点である。位相調整器１３は、発振器４の出力信号の位相をπの奇数倍ずらしてコムジェネレータ１２に入力する。周波数が同一で位相がπの奇数倍ずれた信号は互いにキャンセルされるため、Ｅ点で合波するとｆｍの整数倍として生成される強度変調成分どうしがキャンセルされる。
【００２６】
次に、上述した光周波数安定化装置の動作を説明する。レーザダイオード１、レーザダイオード２は、それぞれ周波数ｆ１、ｆ２の光波を出力する。ここでｆ１＞ｆ２とする。
このときＡ点で分岐したモニタ光を入力として、周波数ｆｍの基準信号を用いてサイドバンドを発生させるコムジェネレータ１１と、Ｂ点で分岐したモニタ光を入力として、位相調整された周波数ｆｍの基準信号を用いてサイドバンドを発生させるコムジェネレータ１２を合波した信号は図５に示すような周波数成分からなる。図５はフォトダイオード６の入力信号であるＦ点の信号を示す。図５のグラフの横軸はＦ点における光信号の周波数成分を表し、縦軸は周波数成分毎の電力を表す。グラフの周波数成分は、周波数ｆ１とそれを中心として周波数ｆｍの間隔で発生したサイドバンド、及び、周波数ｆ２とそれを中心として周波数ｆｍの間隔で発生したサイドバンドからなる。図５において、理解しやすいように、周波数ｆ１とこれに対するサイドバンドを実線で、周波数ｆ２とこれに対するサイドバンドを破線で示す。
【００２７】
この光信号がフォトダイオード６に入力され電気信号に変換されると、光信号の周波数成分どうしの差分を周波数成分とする図６に示すような電気信号が出力される。図６はフォトダイオード６の出力信号であるＧ点の信号を示す。図６のグラフの横軸はＧ点における電気信号の周波数成分を表し、縦軸は周波数成分毎の電力を表す。グラフの周波数成分のうちｆ１とｆ２の間の周波数変動を反映しない成分、すなわち、ｆ１とそのサイドバンドからなる周波数成分どうしの差分として生成されたｆｍの整数倍の周波数成分と、ｆ２とそのサイドバンドからなる周波数成分どうしの差分として生成されたｆｍの整数倍の周波数成分は、周波数が同一で位相がπの奇数倍ずれた信号であるため互いにキャンセルされていることを表す。図６において、理解しやすいように、ｆ１とそのサイドバンドからなる周波数成分どうしの差分として生成されたｆｍの整数倍の周波数成分を実線で、ｆ２とそのサイドバンドからなる周波数成分どうしの差分として生成されたｆｍの整数倍の周波数成分を破線で、２光波の差周波成分のうちキャンセルされない成分であるビート成分を一点鎖線で示す。
この信号をローパスフィルタ７に入力してモニタ信号として用いるΔｆのみ抽出する。以下この信号をモニタ信号として、前述と同様にレーザダイオード１とレーザダイオード２が出力する光波の周波数間隔の安定化処理が行われる。
【００２８】
なお、本発明の第２の実施形態において、発振器４が発生する周波数ｆｍの基準信号の位相をずらす位相調整器１３を設けずに、発振器４が発生する基準信号をそのままコムジェネレータ１２に入力し、コムジェネレータ１１又はコムジェネレータ１２のどちらか一方の出力信号の位相をπの奇数倍シフトさせる位相調整器をＥ点より手前に設けることにより、上記と同様に、ｆ１とそのサイドバンドからなる周波数成分どうしの差分として生成されたｆｍの整数倍の周波数成分と、ｆ２とそのサイドバンドからなる周波数成分どうしの差分として生成されたｆｍの整数倍の周波数成分とをキャンセルしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明は、２光波のヘテロダイン検波による信号生成装置に用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の第１の実施形態による光周波数安定化装置の構成を示すブロック図である。
【図２】位相変調器３の出力信号であるＤ点の信号を示す図である。
【図３】フォトダイオード６の出力信号であるＧ点の信号を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施形態による光周波数安定化装置の構成を示すブロック図である。
【図５】フォトダイオード６の入力信号であるＦ点の信号を示す図である。
【図６】フォトダイオード６の出力信号であるＧ点の信号を示す図である。
【図７】従来の光周波数安定化装置の構成を示すブロック図である。
【図８】フォトダイオード６の入力信号であるＦ点の信号を示す図である。
【図９】フォトダイオード６の出力信号であるＧ点の信号を示す図である。
【符号の説明】
【００３１】
１、２…レーザダイオード
３…位相変調器
４…発振器
５…光フィルタ
６…フォトダイオード
７、１０…ローパスフィルタ
８…位相比較器
９…基準信号発生器
１１、１２…コムジェネレータ
１３…位相調整器
Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ…点
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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